Определены позиции лития в новом твёрдом электролите для улучшенных батарей
В журнале Science опубликовано исследование нового твёрдого электролита — оксихлорида лития-тантала (LTOC), — который может повысить производительность литиевых батарей следующего поколения, особенно при низких температурах. Ключевой вклад в работу внёс профессор химии Иллинойсского технологического института Джеймс Кадук, определивший, где именно в кристаллической структуре располагаются атомы лития.
Основной инструмент для картирования атомных структур — рентгеноструктурный анализ — плохо справляется с обнаружением лёгких элементов, таких как литий, особенно в окружении тяжёлых атомов тантала. «Поскольку рентгеновские лучи рассеиваются на электронах, литий, имеющий всего три электрона, найти особенно сложно», — пояснил Кадук.
Вместо прямого поиска учёный использовал косвенный подход, ища пустые пространства, где могли бы находиться эти атомы. Определив позиции более тяжёлых атомов, он нашёл небольшие зазоры между ними, достаточно большие для размещения ионов лития. Эти позиции расположены достаточно близко, чтобы ионы лития могли легко «перепрыгивать» с одного места на другое.
Структура материала показала наличие длинных жёстких цепочек из тантала, кислорода и хлора, которые создают открытые каналы между собой. Ионы лития диффундируют по этим каналам, двигаясь эффективнее, чем в современных батареях. Это объясняет одно из самых многообещающих свойств материала — высокую ионную проводимость даже при низких температурах, что особенно ценно для электромобилей и систем хранения энергии в холодном климате.
После определения позиций лития команда проверила структуру с помощью квантово-механических расчётов, которые подтвердили её стабильность. «Возможность завершить работу на основе довольно простых идей — это очень приятно, — отметил Кадук. — Особенно когда вы видите, что квантово-механические расчёты вполне согласуются с определёнными позициями лития, это придаёт дополнительную уверенность».
0 комментариев